Çocuk uyku fizyolojisi, yetişkin uyku mimarisinden hem niceliksel hem de niteliksel açıdan belirgin biçimde ayrışır. Yenidoğan döneminde toplam uyku süresi 16-18 saate ulaşırken REM oranı tüm uyku süresinin yaklaşık %50'sini oluşturur; bu oran, erişkin bireylerden iki katından fazladır. Söz konusu yüksek REM yoğunluğu, serebral korteksin aktif olgunlaşma süreciyle doğrudan ilişkilidir. REM ve NREM döngülerinin gelişimsel seyrine bakıldığında ilk 6 ayda uyku siklusu yaklaşık 50-60 dakikayla sınırlıdır; bu süre, erişkin normunun (90 dakika) çok altında kalır. NREM evresinin derin yavaş dalga uykusu (SWS) bileşeni ise okul öncesi dönemde belirgin biçimde artar ve büyüme hormonu (GH) salınımının büyük çoğunluğu bu döngüye eşlik eder. Bu nedenle uyku kesintisi, yalnızca dinlenme kalitesini değil endokrin büyüme eksenini de doğrudan etkiler. Çocuk uyku fizyolojisi açısından klinik önemi yüksek bir diğer husus, REM döneminin bilişsel konsolidasyon ve nöral plastisite üzerindeki rolüdür. Hayvan modelleri ve çocuk uyku EEG çalışmaları, REM uykusunun yeni öğrenilen motor becerileri ve prosedürel belleği pekiştirdiğini tutarlı biçimde ortaya koymaktadır. Obstrüktif uyku apnesi gibi durumların çocuklarda dikkat, yönetici işlevler ve akademik performans üzerindeki olumsuz etkileri de kısmen bu nörokognitif konsolidasyon sürecinin bozulmasıyla açıklanır. Sirkadiyen ritim gelişimi de pediatrik uyku fizyolojisi değerlendirmesinin ayrılmaz bir parçasıdır: Melatonin sekresyonu yaklaşık 3. aydan itibaren belirginleşir ve gece-gündüz döngüsüne yanıt veren biyolojik saatin işlevselleşmesiyle paralel gider.